滾珠絲杠軸承座的裝配與分析

李朋

【摘要】隨著社會的發展和科技的進步，我國的工業向著高效率、高精度、勞動力少的方向發展各種新型的機床在我國相繼出現，滾珠絲杠在使用過程中有著較高的運轉精度和使用的靈活性因此廣泛的應用在數控機床上。

【關鍵詞】滾珠絲杠 軸承座 上母線 側母線 千分表 刮削 預拉伸 潤滑

滾珠絲杠是在螺杠與螺母之間安裝有鋼珠，因此摩擦力小、傳動效力高，配上伺服電機可實現精確移動。精度達到0.001mm除實現由旋轉轉變直線運動外，也實現由直線運動轉變為旋轉運動。具有磨損小、壽命長可實現同步運動，廣泛應用于高精度機床，數控機床，數控設備上。

滾珠絲杠的常見故障有：螺桿、螺母的滾道和滾珠表面磨損腐蝕、疲勞剝落等，表面疲勞是由于裝配不良、承受交變載荷、超載運行、潤滑不良等原因引起的。長期使用后，滾珠絲杠的滾道和滾珠表面會出現接觸疲勞的麻點以至金屬表層的剝落，使滾珠絲杠運動失效從而影響加工工件的精度和效率。

所以提高滾珠絲杠軸承座的裝配質量至關重要，從而延長滾珠絲杠的使用壽命、減少振動、提高加工精度。

今以榮德機械廠生產的一款晶體掏棒專用機床KDV-8D 為例，說明這臺專用機床滾珠絲杠軸承座的安裝步驟和注意事項。

KDV-8D是晶體掏棒專用機床，為脆硬類材料如硅晶體、陶瓷、寶石等高效取料專用機。這臺設備采用寬跨距導軌和床身一體鑄造而成，承載負荷平均，工作平穩、溫升影響小、加工精度高。所有的導軌經過特殊熱處理，硬化深度5-10mm以上，軌道硬度HRC55以上在經過精密磨削。并采用C3級雙螺帽預壓之精密滾珠導螺桿，搭配兩端支撐座預拉設計保證傳動精度，并配合耐磨的配合導軌，具有耐磨、摩擦系數低、移動平穩，適用于低速重載機型。加工晶棒的圓度為0.02mm/200mm.

KDV-8D機床由床身、立柱、工作臺、滑臺、主軸箱、主軸系統、氣動液壓、伺服控制和傳動系統等組成。工作臺由X軸Y軸控制系統控制安裝在床身導軌上。立柱導軌由Z軸控制系統控制。絲杠的支撐采用一端固定而另一端施加預拉伸方式，以提高傳動系統的剛度吸收絲杠發熱引起伸長造成的誤差。軸承座采用配刮技術，使精度直接進入穩定期。

安裝場地的選擇：工作場地要求潔凈、地基要堅實、周圍無嚴重震源的干擾、室內溫度盡可能變化小，工具主要有：刮刀、千分表、橋型板、水平儀、平尺、手電鉆、鉸刀，檢驗棒等。這里選擇立柱導軌加以說明。首先將安放絲杠副的Z軸立柱，沿導軌水平安放在楔形墊鐵上，用橋型板和水平儀找正，使床身導軌自然成水平狀態，床身導軌直線度0.01mm，平行度0.01mm，無扭曲。根據加工圖紙要求找正安裝滾珠絲桿軸承座位置，配劃軸承座固定螺絲孔位置，根據所劃線配鉆、攻螺紋。

軸承座的安裝，將兩軸承座底面均勻涂上一層紅丹粉，用螺釘固定在立柱道軌間的軸承位上，將兩標準檢驗棒裝入軸承座孔中。在導軌上放一標準平尺，將量程為0～0.1mm、示值為0.001mm的千分表固定在平尺上（這里選擇杠桿式千分表），測頭測量方向一定垂直測量表面（否則測量有誤差），先測量固定端軸承座檢驗棒的上母線近端和遠端，再測量支承端軸承座檢驗棒的上母線近端和遠端，根據測量結果計算兩軸承座的高度差，選擇低的一端先進行安裝，拆去螺釘 ，將軸承座和底面研磨，根據顯點和上母線的高度差計算刮削量，反復測量、刮削直到檢驗棒上母線等高度達到0.005mm，側母線直線度為0.005mm，接觸率為75%，點數12點/25mm2合格。同樣方法安裝支承座上母線直線度為0.005mm，側母線直線度為0.005mm，接觸率為75%，點數12點/25mm2，并且與第一根檢驗棒上母線直線度為0.005mm、側母線直線度為0.005mm為合格。為了消除檢驗棒的安裝誤差，可以將檢驗棒旋轉180°°測量取平均值。

將刮研好的軸承座，全面清潔后安裝，逐一將固定螺絲涂抹厭專用萬能膠按對角線逐步緊固，同時復查精度合格而螺釘全部緊固。這時可配鉆、鉸定位銷孔，用標準銷試裝，深度達80%，用壓縮空氣吹除干凈后，將圓錐銷用銅棒打人，稍露或平即可。

寶石晶體的特點是，硬度大硬度為9，易碎。晶體內部由于生長的原因，常有各種缺陷如氣泡、裂紋、鑲嵌，應力等多方面的原因。掏棒切割要求高、磨削阻力大、直徑越大、越深，阻力越大，冷卻，排屑困難。2012年1月，1#、2#機多次發生在掏2〞晶棒的過程中，出現晶棒卡在刀筒中、刀齒折斷、崩斷的現象。后經檢查，排除機床程序設定不當，即引槽切削速度，進給量，引槽深度不夠的操作原因外。主要原因主軸系統工作一段時間，松動，間隙變大。主要是安裝精度不高，配合間隙調整不良。所以提高滾珠絲杠軸承座裝配質量，可以提高滾珠絲杠副的使用壽命，減少振動，延長磨損周期，提高加工精度至關重要。

2015年3月，3#機在掏4〞、6〞晶棒時多次出現Z軸過載，發熱停機，掏6〞晶棒時還出現將晶棒掏裂的事故。主要原因是滾珠絲杠的預拉伸調整不當，絲杠的冷卻潤滑不良，造成絲杠發熱，剛度不良，絲杠工作異常而出現問題。所以滾珠絲杠的預拉伸是非常必要的，為了提高滾珠絲杠進給系統的剛度和精度，給絲杠實施預拉伸是非常有效的，但由于絲杠軸的各斷面不同而溫升值不易精確設定。根據以上情況才采取螺桿中空油冷機，定時循環冷卻，冷卻潤滑效果良好，多次試驗表明絲杠溫升在5°達到平衡。因此按照溫升5°設計絲杠的預拉伸量，使用效果良好。

通過上面的安裝步驟要求，顯著提高安裝效率和滾珠絲杠軸承座裝配質量，采取可靠的潤滑，和預拉伸工藝，機床的空載轉矩明顯降低，空載電流也顯著降低，伺服系統工作正常，未出現伺服過載報警，機床能連續運行，加工精度良好。所以提高滾珠絲杠軸承座裝配質量，可以提高滾珠絲杠副的使用壽命，減少振動，延長磨損周期，提高加工精度至關重要。